JP7450036B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
図1を参照して、本発明の第1の実施例に係るインバータ装置1について説明する。図1に示すインバータ装置1は、高電圧バッテリ16(リチウムイオンバッテリなど)と、高電圧バッテリ16のプラス側端子VPと出力端子(出力電圧)VOに接続される上アームパワーデバイス20Aおよび上アーム還流ダイオード21Aと、出力電圧VOと高電圧バッテリ16のマイナス側端子VNに接続される下アームパワーデバイス22Aおよび下アーム還流ダイオード23Aとを備え、これら上下アームを交互にオン、オフして出力電圧をスイッチングしてモータを駆動する。なお、本実施例の上アームパワーデバイス20Aと下アームパワーデバイス22Aは、IGBTで記述している。一般的に車載用インバータ装置はU相、V相、W相で構成される3相モータを駆動するが、ここでは1相分の上下アームで本実施例を説明する。他の2相については、マイクロコントローラ10によりそれぞれの交流出力となるよう制御されるが、本実施例に関する構成は同様のため省略する。また、上アームパワーデバイス20Aと下アームパワーデバイス22Aは、マイクロコントローラ10からそれぞれPWM(Pulse Width Modulation)制御されるが、本実施例に関する構成は上下アームで同様のため上アームパワーデバイス20Aに関して説明し、下アームパワーデバイス22Aについては省略する。
図2を参照して、本発明の第2の実施例に係るインバータ装置2について説明する。図2に示すインバータ装置2は、図1に示した第1の実施例の構成に加えて、ドレイン電圧検出部30とドレイン異常診断部25を備える。上アームパワーデバイス20Bのドレイン端子に整流ダイオード31のカソードが接続され、整流ダイオード31のアノードがドレイン電圧検出部30に接続されることで、上アームパワーデバイス20Bがオンした時に、上アームパワーデバイス20Bのドレイン電圧がソース電圧(出力電圧VO)に対して低下したことをドレイン電圧検出部30で検出する。ここでドレイン電圧検出部30は、上アームパワーデバイス20Bのドレイン電圧をソース電圧(出力電圧VO)で検出しているが、ソース電圧(出力電圧VO)を基準にした所定の閾値電圧で検出できる。ドレイン電圧検出部30で検出した信号は、アイソレータ送信部13C、アイソレータ素子15C、アイソレータ受信部14Cを介して、ドレイン電圧検出信号42としてマイクロコントローラ10へ伝達される。マイクロコントローラ10のドレイン異常診断部25は、(ゲート駆動信号生成部11から出力された)ゲート駆動信号40と(ドレイン電圧検出部30から出力された)ドレイン電圧検出信号42を比較することで、上アームパワーデバイス20Bのドレイン電圧の正常動作を診断する。なお、ドレイン異常診断部25にてドレイン電圧の異常が診断された場合の制御は第1の実施例と同様である。
図3の構成図と、図6および図7のタイムチャートを参照して、本発明の第3の実施例に係るインバータ装置3について説明する。図3に示すインバータ装置3は、図2に示した第2の実施例の構成に加えて、マイクロコントローラ10にデッドタイム制御部44を備え、このデッドタイム制御部44に下アームのゲート電圧検出信号32と上アームのゲート電圧検出信号41を接続する。また、パワーデバイスとして、SiCで記述する上アームパワーデバイス26Aおよび下アームパワーデバイス28Aを備える。
図4の構成図と、図8の故障診断時のインバータ装置の制御フロー図を参照して、本発明の第4の実施例に係るインバータ装置4について説明する。図4に示すインバータ装置4は、図3に示した第3の実施例の構成に加えて、マイクロコントローラ10の過電流診断部53、過温度診断部69を備え、過電流診断部53、過温度診断部69、ドレイン異常診断部25、およびゲート異常診断部12の診断結果から当該アームの異常診断の内容を判定する異常判定部52を備える。マイクロコントローラ10の異常判定部52では、図8に示す故障診断時のインバータ装置の制御フロー図に従い、当該アームの異常内容に応じてインバータ装置を停止制御する。
図4の構成図と、図9の故障診断時のインバータ装置の制御フロー図を参照して、本発明の第5の実施例に係るインバータ装置5について説明する。図9の故障診断時の制御フローは、故障発生時の停止制御が事前に決定しておらず、故障の内容に応じで最短でモータを停止できる停止制御フローである。
図5の構成図と、図8、図9の故障診断時のインバータ装置の制御フロー図を参照して、本発明の第6の実施例に係るインバータ装置6について説明する。図5に示すインバータ装置6は、図4に示した第4(または第5)の実施例の構成から、上アームパワーデバイス20Cおよび下アームパワーデバイス22Cに変更し、IGBTの回路構成を示している。IGBTをパワーデバイスとする場合は、過電流検出の方法として、過電流検知用エミッタ端子にシャント抵抗63を接続することで、シャント抵抗63に流れる電流とシャント抵抗63で発生する電圧を抵抗50を介してコンパレータ51の検知電圧Vocで検知することで、上アームパワーデバイス20Cに流れる過電流を検知する。
2…インバータ装置(第2の実施例)
3…インバータ装置(第3の実施例)
4…インバータ装置(第4の実施例)
5…インバータ装置(第5の実施例)
6…インバータ装置(第6の実施例)
10…マイクロコントローラ(マイコン)
11…ゲート駆動信号生成部
12…ゲート異常診断部
13A、13B、13C、13D、13E…アイソレータ送信部
14A、14B、14C、14D、14E…アイソレータ受信部
15A、15B、15C、15D、15E…アイソレータ素子
16…高電圧バッテリ
17…ゲート駆動部
18A、18B、18C、18D、18E…ゲート駆動調整用ゲート抵抗
19…ゲート電圧検出部
20A、20B、20C…上アームパワーデバイス
21A、21B、21C…上アーム還流ダイオード
22A、22B、22C…下アームパワーデバイス
23A、23B、23C…下アーム還流ダイオード
24…絶縁部
25…ドレイン異常診断部
26A、26B…上アームパワーデバイス
27A、27B…上アーム還流ダイオード
28A、28B…下アームパワーデバイス
29A、29B…下アーム還流ダイオード
30…ドレイン電圧検出部
31…整流ダイオード
32…下アームゲート電圧検出信号
40…上アームゲート駆動信号
41…ゲート電圧検出信号
42…ドレイン電圧検出信号
43…下アームゲート駆動信号
44…デッドタイム制御部
45…コンパレータ
46…容量
47、48、49、50…抵抗
51…コンパレータ
52…異常判定部
53…過電流診断部
57…インバータ素子
58…PMOS
59…NMOS
60…コンパレータ
61…サーミスタ
62…抵抗
63…シャント抵抗
64…感熱ダイオード
65…温度検出部
66…制御電圧
67…搬送波
68…基本ゲート駆動信号
69…過温度診断部
S70…故障発生判断
S71、S72…停止制御判断
S73、S75、S81…故障アーム判断
S74、S76、S80…ゲートオン固着判断
S77…フリーホイール停止制御
S78…上アームアクティブショート停止制御
S79…下アームアクティブショート停止制御
Claims (5)
- パワーデバイスと、該パワーデバイスを駆動するゲート駆動部と、該ゲート駆動部を制御するマイクロコントローラとを備えるインバータ装置であって、
パワーデバイスのゲート電圧を所定の閾値電圧で検出するゲート電圧検出部を備え、前記所定の閾値電圧は、前記パワーデバイスのスレショルド電圧より低い電圧であり、前記マイクロコントローラから出力されるゲート駆動信号と前記ゲート電圧検出部出力のゲート電圧検出信号とを前記マイクロコントローラで比較することで、ゲート電圧の駆動経路と検出経路で信号ループを形成し、前記パワーデバイスのゲート電圧の異常の有無を診断することを特徴とするインバータ装置。 - 請求項1に記載のインバータ装置であって、
前記ゲート電圧検出信号から逆アームのゲート駆動信号を生成することで、上下アームが同時にオンすることを防止し、上下アームが共にオフするデッドタイムを可変制御することで、デッドタイムを短縮してデッドタイム期間中の前記パワーデバイスの損失を低減することを特徴とするインバータ装置。 - 請求項2に記載のインバータ装置であって、
前記パワーデバイスはSiCであることを特徴とするインバータ装置。 - 請求項1に記載のインバータ装置であって、
前記ゲート電圧検出信号から当該パワーデバイスで構成されるアームの異常を検知し、検知した異常に応じて他アームの停止制御を変えることを特徴とするインバータ装置。 - 請求項1に記載のインバータ装置であって、
前記ゲート電圧検出部と前記ゲート電圧検出部の出力信号を前記マイクロコントローラに伝達するアイソレータ通信部とをゲート駆動ICに内蔵することで、ゲート電圧の状態を高速で前記マイクロコントローラに伝達することを特徴とするインバータ装置。
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